基于珀尔帖效应的柜体湿度远程监测及智能除湿装置的制作方法

本发明涉及一种电力设备柜体湿度控制装置，尤其是一种基于珀尔帖效应的柜体湿度远程监测及智能除湿装置。

背景技术：

在多雨的季节和山区，电力系统使用的开关柜、开闭所、环网柜等户外设备受潮湿影响比较严重，传统的加热式防凝露装置主要是利用加热片对柜内空气进行加热防止凝露产生，一旦停止加热环境温度下降时,又会结成凝露附在元器件表面，这种方式无法真正达到除湿效果，还存在功率大、使用寿命短、需经常维护等问题；大部分的户外箱（柜）内还普遍存在无法提供低压工作电源（交流220v）的问题，也给柜子的防潮工作带来极大的难度。另外现有的除湿装置在在线监测、组网、自动巡检告警等方面还有欠缺，无法满足生产实际需求。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种基于珀尔帖效应的柜体湿度远程监测及智能除湿装置，本装置基于珀尔贴效应原理，应用于各种高低压开关柜、端子箱、配电柜、环网柜、开闭所等环境，实现环境自动除湿，保障空间干燥程度，实现除湿装置自身运行状态自检巡检及预警。

本发明是采取以下技术方案实现的：

基于珀尔帖效应的柜体湿度远程监测及智能除湿装置包括湿度采集部件、半导体冷凝器、凝水排水部件、控制器和电源，控制器分别与湿度采集部件、半导体冷凝器、凝水排水部件相连；

电源分别与湿度采集部件、半导体冷凝器、凝水排水部件和控制器相连，为它们提供工作电能；

本装置还包括通讯模块，所述通讯模块采用mediatekmt6797w处理器，通讯模块通过rs232接口与上位机相联，发送本装置所在设备的湿度信息和装置的运行工况。

湿度采集部件采用温度传感器，采集电气设备内部湿度值，从而将该湿度值发送给控制器。

所述控制器采用dsp处理器，所述dsp处理器采用市售的tms320f2812处理器，用于向半导体冷凝器发送控制信号。

半导体冷凝器采用冷凝排水型电柜除湿器，是除湿装置的核心主件，工作后产生冷热效应；热端在风扇作用下加速设备内部空气流动，冷端将流动的潮湿空气快速冷凝形成水滴，达到彻底除湿目的。

凝水排水部件采用pvc管，位于设备底部，倾斜一定角度，将冷凝后的水滴汇集经管道快速排出设备内部，保证电气设备内部的干燥程度。

所述电源采用取能装置，所述取能装置包括取能互感器和取能电源模块，取能电源模块包括依次相连的整流滤波电路、取电调节保护电路和隔离稳压电路，取能互感器通过输电导线与整流滤波电路相连；通过取能互感器从输电导线上获取电能，然后输入取能电源模块，取能电源模块对其进行整流滤波处理并实现隔离稳压输出。

所述取电调节保护电路，可以实时的调节和限制输入模块的电能，吸收因雷击等特殊情况引起的瞬间大电流，保证取能电源模块能在输电导线电流不稳定时仍能输出稳定的电压。

基于珀尔帖效应的柜体湿度远程监测及智能除湿装置应用在柜体湿度远程监测系统中。

所述柜体湿度远程监测系统包括终端节点、集中控制器和上位机管控平台，终端节点通过路由器与集中控制器相联；集中控制器通过无线apn专网与上位机管控平台相联。

所述集中控制器为区域智能主机。

柜体湿度远程监测系统的检测方法，包括如下步骤：

1）终端节点通过实时采集监控点温湿度及除湿装置的运行工况，并将上述监控点温湿度及除湿装置的运行工况通过路由器发送给集中控制器；

2）一旦终端节点发现装置异常，集中控制器通过无线apn专网将异常数据传输至上位机管控平台；

3）上位机管控平台接收到集中控制器发来的异常数据后，自动启动故障定位、桌面告警和短信告警模块，提醒相关人员尽快处理除湿装置故障，防止问题恶化导致的严重恶性事故。

本发明装置优点：应用半导体热电元件，在一定电压下产生冷热效应，通过风扇在密封空间中形成气流，将空气水分子凝结在冷凝器冷凝板口，把空气中的水分子凝结，经集液漏斗汇集并排至密封空间外部，如此不间断的工作，从而实现降低电气设备内部空间湿度的功能。基于珀尔帖效应的柜体湿度远程监测及智能除湿装置，相比于传统的除湿装置，它具有体积小、稳定性高、功耗低、无需制冷剂和干燥剂、环境友好等特点。由若干个本装置组成的监控系统还具备电气设备运行环境、除湿装置工况自动巡检和预警功能，在系统的运行过程中，引入专家知识库，通过知识同化和知识调整，增强异常预警、趋势分析、状态评估和辅助决策应用的完整性和协调性，为高压开关柜等电气设备的运行环境监控、除湿、环境预警等提供新的思路。

本发明装置不仅能实现各种高低压开关柜、端子箱、配电柜、环网柜、开闭所等环境自动除湿，保障空间干燥程度，保障设备安全稳定运行，提高设备运行可靠性，还可以实时监测电气设备运行环境，实现除湿装置自身运行状态自检巡检及预警，保证除湿装置运行可靠性，避免附加事故。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明的结构框图；

图2是本发明的取能装置的结构框图；

图3是本发明应用的集群型网络示意图；

图4是本发明应用在集群型网络中的单终端节点示意图；

图5是热电制冷物理模型示意图。

具体实施方式

本发明智能除湿装置是应用半导体热电元件，在一定电压下产生冷热效应，通过风扇在密封空间中形成气流，将空气水分子凝结在冷凝器冷凝板口，把空气中的水分子凝结，经集液漏斗汇集并排至密封空间外部，如此不间断的工作，从而实现降低电气设备内部空间湿度的功能。

珀尔帖效应就是电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量。这就是珀尔帖效应。由珀尔帖效应产生的热流量称作珀尔帖热。对珀尔帖效应的物理解释是：电荷载体在导体中运动形成电流。由于电荷载体在不同的材料中处于不同的能级，当它从高能级向低能级运动时，便释放出多余的能量；相反，从低能级向高能级运动时，从外界吸收能量。能量在两材料的交界面处以热的形式吸收或放出。

热电制冷是热电效应主要是珀尔帖效应在制冷技术方面的应用。实用的热电制冷装置是由热电效应比较显著、热电效率比较高的半导体热电偶构成的。

如图5所示，把一只p型半导体元件和一只n型半导体元件联结成热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。在上面的一个接头处，电流方向是n→p，温度下降并且吸热，这就是冷端。而在下面的一个接头处，电流方向是p→n，温度上升并且放热，因此是热端。这就是最简单的热电制冷物理模型。

半导体冷凝除湿是建立在热电制冷原理基础上，主要是塞贝克效应和珀尔帖效应。塞贝克效应是指通过n型和p型两种半导体将热能转化为电能的现象。珀尔帖效应则是与之相反的，将电能转化为热能的现象。因此，热电冷凝除湿中，起关键作用的是——珀尔帖效应。冷凝除湿是直流电通过一对或多对n型和p型半导体实现的。

在制冷模式中，直流电从n型半导体流向p型半导体。热电对中冷端的温度下降，并且从环境中吸收热量。当电子通过相互连接的导体从p型半导体的低能端流向n型半导体的高能端的时候，便会从环境中吸收热量。然后热量通过电子传导转移到别一端，当电子返回到p型导体的低能端时释放热量。多个热电对连接在一起，就构成热电装置。

半导体冷凝智能除湿装置是建立在热电制冷的基础上，将空气中的水分子冷却到露点温度以下达到除湿的目的。

参照图1~4，本发明基于珀尔帖效应的柜体湿度远程监测及智能除湿装置包括湿度采集部件、半导体冷凝器、凝水排水部件、控制器和电源，控制器分别与湿度采集部件、半导体冷凝器、凝水排水部件相连；

电源分别与湿度采集部件、半导体冷凝器、凝水排水部件和控制器相连，为它们提供工作电能；

本装置通讯模块通过rs232接口与上位机相联，发送本装置所在设备的湿度信息和装置的运行工况。

湿度采集部件采集电气设备内部湿度值，从而将该湿度值发送给控制器；所述控制器向半导体冷凝器发送控制信号。

半导体冷凝器采用冷凝排水型电柜除湿器，是除湿装置的核心主件，工作后产生冷热效应；热端在风扇作用下加速设备内部空气流动，冷端将流动的潮湿空气快速冷凝形成水滴，达到彻底除湿目的。

凝水排水部件采用pvc管，位于设备底部，倾斜一定角度，将冷凝后的水滴汇集经管道快速排出设备内部，保证电气设备内部的干燥程度。

所述电源采用取能装置（参考图2），所述取能装置包括取能互感器和取能电源模块，取能电源模块包括依次相连的整流滤波电路、取电调节保护电路和隔离稳压电路，取能互感器通过输电导线与整流滤波电路相连；通过取能互感器从输电导线上获取电能，然后输入取能电源模块，取能电源模块对其进行整流滤波处理并实现隔离稳压输出。

所述取电调节保护电路，可以实时的调节和限制输入模块的电能，吸收因雷击等特殊情况引起的瞬间大电流，保证取能电源模块能在输电导线电流不稳定时仍能输出稳定的电压。

图1中的实施例采用的技术参数如下：

工作电源：dc12v；工作环境：-40℃-85℃；

湿度范围：20%rh~95%rh；湿度精度：±3%rh；

温度范围：-40℃-125℃；温度精度：±1℃；

通信方式：rs485（modbus规约）、433m无线通讯方式；

除湿量：≥180ml/d（室温25℃，相对湿度85%rh）；

额定功率：40w。

图3所示为本发明装置应用在柜体湿度远程监测系统中的网络结构图，将若干个基于珀尔帖效应的柜体湿度远程监测及智能除湿装置组成集群型网络，组网通讯距离不低于1公里。

lora（远程）扩频自组网技术与有线或常规体制的短波、超短波、微波及卫星通信技术综合比较，具有数据传输速率高、低功耗、抗干扰能力和抗截获能力强、安全保密、在复杂环境下电磁兼容性好、具有多址通信功能、配置机动灵活等优点。利用无线扩频通信系统的上述优点，可以进行选址通信，实现点对点或点对多点的数据、话音和图像的无线传输。点对多点通信时，可选择不同扩频伪随机码序列进行频道编码，并避免相互干扰，从而实现安全可靠、保密高效的数据通信。使用中可用中继的方式消除地理因素的影响，延伸传输距离。在无干扰的环境及地理位置较好的情况下，可以采取星型、mesh型网络；在强干扰的环境及地理位置不好的情况下，采取集群型网络。

本发明应用中每个基于珀尔帖效应的柜体湿度远程监测及智能除湿装置均为终端节点，终端节点、路由器、与集中控制器进行通讯通过lora（远程）扩频自组网技术，集中控制器最终通过无线apn专网将数据传输至上位机管控平台。各终端节点通过路由器与集中控制器进行通讯，由集中控制器通过无线apn专网将数据传输至上位机管控平台；系统工作时，终端节点通过实时采集监控点温湿度及除湿装置的运行工况，一旦发现装置异常，立即由集中控制器（区域智能主机）通过无线apn专网将数据传输至上位机管控平台，上位机接收到终端的报警信息后，自动启动故障定位、桌面告警和短信告警业务，提醒相关人员尽快处理除湿装置故障，防止问题恶化导致的严重恶性事故。

本发明装置基于珀尔贴效应原理，采用半导体冷凝技术实现除湿功能。是建立在热电制冷的基础上，将空气中的水分子冷却到露点温度以下达到除湿的目的。适用于各种高低压开关柜、端子箱、配电柜、环网柜、开闭所等环境。在实现环境自动除湿的同时对电气设备运行环境进行监测，实现电气设备运行环境湿度的远程监控和除湿，解决生产实际问题，同时实现设备自检巡检与预警，不需要定期检修可实行状态检修，节约了检修成本，提高劳动效率，降低职工作业风险，减少了停电时间，提高了供电可靠性和供电量，保障设备安全稳定运行，提高供电可靠性，延长设备的使用寿命。环保无公害，低功耗，是一个新型的环保概念产品，带来一定的经济效益和社会效益，具有较大的实用价值和应用前景。